Центробежный компрессор, принцип его действия

Центробежные компрессоры по принципу действия относятся к классу машин лопаточного типа. Машина состоит из одного или нескольких рабочих колес, насаженных на вал ротора и вращающихся в замкнутом, определенной формы, корпусе. Сжатие и нагнетание газа происходит под действием центробежной силы, развиваемой при вращении ротора в каналах между лопатками рабочего колеса.

Принцип работы этих машин аналогичен работе центробежного насоса. Разница состоит в том, что при повышении давления газ сжимается, увеличивается его плотность, а плотность жидкости остается практически постоянной.

При вращении рабочего колеса на стороне входа образуется разряжение, вследствие чего газ непрерывно поступает из всасывающего трубопровода в каналы между лопатками рабочего колеса. В рабочем колесе газ под действием центробежной силы отбрасывается от центра к внешней окружности, происходит повышение плотности и увеличение скорости газа. Попав из рабочего колеса в корпус, имеющий форму диффузора, газ значительно снижает свою скорость, в результате чего возрастает его давление. В многоступенчатых компрессорах газ по выходе из рабочего колеса первой ступени попадает в диффузор, а затем по направляющим каналам – на рабочее колесо второй ступени. Пройдя аналогичным путем последовательно все ступени, сжатый газ попадает в спиральный корпус, а из него - в нагнетательный трубопровод.

На осуществление сжатия расходуется энергия приводного двигателя машины. Сжатие газа сопровождается повышением его температуры. Сжимаемый газ подвергается охлаждению путем введения воды в специальные камеры, окружающие рабочие колеса, или в отдельно расположенных промежуточных холодильниках.

Центробежный компрессор состоит из корпуса и ротор, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колесами. Центробежный 6 – ступенчатый компрессор (рис. ) разделен на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. С периферии рабочего газ направляется в диффузор, где его скорость уменьшается (за счет увеличения проходного сечения), кинетическая энергия газа преобразуется в потенциальную энергию и давление возрастает. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора и т. д.

Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (у промышленных компрессоров – 8 – 12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колес, допускающих окружные скорости до 250 – 500 м/сек. Обычно окружная скорость вращения не превышает 150 – 250 м/с. Диаметр колес компрессора чаще всего колеблется в пределах 700 – 1400 мм. Для уменьшения перетечки газа внутри компрессора между вращающимися элементами ротора и неподвижными элементами статора предусматриваются лабиринтные уплотнения. Принцип действия их основан на потере напора газа при прохождении через группу последовательно расположенных щелей (сопротивлений).

Рис. Центробежный компрессор

1 – вал; 2,6, 8, 9,10 и 11 – рабочие колеса; 3 и 7 кольцевые диффузоры; 4 – обратный направляющий аппарат; 12 и 13 – каналы для подвода газа из промежуточного холодильника; 14 - канал для всасывания газа.

Важной особенностью центробежных компрессоров (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности и к.п.д. от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессора отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.

Регулирование производительности центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.

Центробежные компрессоры используют для сжатия и подачи воздуха и газов в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Например, центробежный компрессор 2ЦЦК – 10/300 предназначен для циркуляции азотоводородной смеси и компенсации потерь в агрегатах синтеза аммиака. Компрессор выпускается на базе типоразмерного ряда и обеспечивает производительность от 7 до 10 м³/мин по условиям всасывания и перепад давления от 1,0 до 3,0 МПа. эксплуатация компрессора возможна при температуре окружающего воздуха от минус 40 до + 50^оС.